海洋沉积物中氧化还原敏感元素对水体环境缺氧状况的指示作用

近年来由于人为污染水体富营养化加剧,缺氧区面积不断增大,利用沉积物中氧化还原敏感元素反演水体缺氧情况已经发展成为海洋化学领域的热点研究方向。本文详细阐述了氧化还原敏感元素的富集机制,并总结了利用沉积物中氧化还原敏感元素在不同氧化还原条件下的富集程度反映海水缺氧程度和底质氧化还原状况的一系列指标,如Re/Mo、Cd/U、Th/U、V/Sc、V/(V+Ni)值,U—Mo共变模型,δ~(98/95)Mo,多指标微/痕量元素模型以及氧化还原敏感元素-有机质共变模型等。沉积物中Re、Mo含量、Re/Mo值、自生Mo/U值、Th/U值对上层水体缺氧和氧化条件区分良好,可定量指征上层水体的缺氧情况。沉积物中Re含量近似于1 ng/g(地壳值),Mo含量1μg/g(地壳值),Re/Mo值接近0.3×10~(-3),Mo—U富集系数比为(0.1～0.3)×现代海水,Th/U值2,可指示氧化环境;Re含量在10～30 ng/g,Mo含量近似于1μg/g,Re/Mo值10×10~(-3)～30×10~(-3),Mo—U富集系数比1×现代海水,Th/U值在0～2范围内,可指示缺氧环境;Re含量30 ng/g,Mo富集达到20～40μg/g,Re/Mo值接近0.7×10~(-3)(海水中Re/Mo值),Mo—U富集系数比为(3～10)×现代海水,可指示极度缺氧的硫化环境。Mo_(EF)—U_(EF)交会对数坐标图、氧化还原敏感元素-有机质共变模型指标可定性分析上层水体的缺氧情况;V/(V+Ni)值对于次氧化沉积物指示效果不佳;Cd/U值在次缺氧条件下的变化机制复杂,还需进一步研究。生物扰动、成岩作用、人为污染、水体局限、高有机碳通量、Fe、Mn氧化物循环等因素通过影响氧化还原敏感元素在沉积物中的富集与迁移,从而影响氧化还原敏感元素指标的应用,应剔除有机质吸附与陆源输入等非自生部分的影响,结合各种指标互相印证,综合判别水体氧化还原状态。     

新疆阿尔泰花岗岩源区混合-结晶分异复合过程的微量元素效应

根据微量元素e1、e2、e3总分配系数的相对大小,源区混合-结晶分异复合过程在它们的比值-比值相关图上造成三种综合效应。新疆阿尔泰花岗岩微量元素的比值-比值相关图清晰地反映了三种效应,暗示着源区混合-结晶分异复合过程。源区混合机制可能为沉积物质在沉积盆地里的掺合。混合端员可能为:1)成熟度差异悬殊的陆源碎屑物质;2)陆源碎屑与基性火山物质。     

不同氧化还原条件下铅锌矿尾砂中重金属元素活化迁移规律

以广西大厂镇鲁塘铅锌矿尾砂为研究对象,通过淋滤实验研究了不同氧化还原条件下尾砂中Cu、Cd、Zn、Pb和As等元素的活化和迁移规律。结果表明：经高浓度氧化、高浓度还原条件处理的尾矿表现为pH<7的酸性环境,经低浓度氧化环境条件处理的尾砂呈现pH>7的弱酸性至弱碱性环境;尾砂中Cu、Cd元素活化迁移受pH值的影响明显,即高浓度还原和高浓度氧化条件可以促进Cu和Cd元素的迁移,酸性条件对Cu和Cd元素的迁移起到促进作用;Zn与Cd元素存在竞争吸附关系,但二者仍有明显差别;Pb和As元素受到还原条件的影响,能有效促进Pb和As元素的释放迁移。在淋滤实验前期,铅锌矿的表面阻力较小,由于环境酸碱性的改变,初始尾砂对重金属元素的吸附位能发生变化,重金属元素初期迁移能力得到加强;淋滤后期,矿物颗粒表面由于发生氧化还原反应,促使颗粒表面的阻力增加,重金属元素的溶出量减少,迁移能力受到抑制。     

SELFE: A semi-implicit Eulerian–Lagrangian finite-element model for cross-scale ocean circulation

Unstructured-grid models grounded on semi-implicit, finite-volume, Eulerian–Lagrangian algorithms, such as UnTRIM and ELCIRC, have enjoyed considerable success recently in simulating 3D estuarine and coastal circulation. However, opportunities for improving the accuracy of this type of models were identified during extensive simulations of a tightly coupled estuary–plume–shelf system in the Columbia River system. Efforts to improve numerical accuracy resulted in SELFE, a new finite-element model for cross-scale ocean modeling. SELFE retains key benefits, including computational efficiency of existing semi-implicit Eulerian–Lagrangian finite-volume models, but relaxes restrictions on grids, uses higher-order shape functions for elevation, and enables superior flexibility in representing the bathymetry. Better representation of the bathymetry is enabled by a novel, “localized” vertical grid that resembles unstructured grids. At a particular horizontal location, SELFE uses either S coordinates or SZ coordinates, but the equations are consistently solved in Z space. SELFE also performs well relative to volume conservation and spurious oscillations, two problems that plague some finite-element models. This paper introduces SELFE as an open-source code available for community use and enhancement. The main focus here is on describing the formulation of the model and on showing results for a range of progressively demanding benchmark tests. While leaving details to separate publications, we also briefly illustrate the superior performance of SELFE over ELCIRC in a field application to the Columbia River estuary and plume.     

Method of Data Reduction and Uncertainty Estimation for Platinum-Group Element Data Using Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry

A data reduction method is described for determining platinum-group element (PGE) abundances by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) using external calibration or the method of standard addition. Gravimetric measurement of volumes, the analysis of reference materials and the use of procedural blanks were all used to minimise systematic errors. Internal standards were used to correct for instrument drift. A linear least squares regression model was used to calculate concentrations from drift-corrected counts per second (cps). Furthermore, mathematical manipulations also contribute to the uncertainty estimates of a procedure. Typical uncertainty estimate calculations for ICP-MS data manipulations involve: (1) Carrying standard deviations from the raw cps through the data reduction or (2) calculating a standard deviation from multiple final concentration calculations. It is demonstrated that method 2 may underestimate the uncertainty estimate of the calculated data. Methods 1 and 2 do not typically include an uncertainty estimate component from a regression model. As such models contribute to the uncertainty estimates affecting the calculated data, an uncertainty estimate component from the regression must be included in any final error calculations. Confidence intervals are used to account for uncertainty estimates from the regression model. These confidence intervals are simpler to calculate than uncertainty estimates from method 1, for example. The data reduction and uncertainty estimation method described here addresses problems of reporting PGE data from an article in the literature and addresses both precision and accuracy. The method can be applied to any analytical technique where drift corrections or regression models are used.     

海岸线变化的地质指标体系

海岸带地质环境的演化集中表现是海岸线的变迁。基于对海岸线变迁的影响、演化方式、危害、防治对策等因素的分析,建立影响-状态-结果（CSR）的海岸线变迁的调查指标体系。在调查指标体系的基础上,抽取压力、状态、应对（PSR）指标, 建立中国海岸线变迁的监测指标体系。这对科学评价、监测和管理海岸带的环境具有重要意义。     

富营养化湖泊蓝藻—芦苇碎屑堆积分解过程及其潜在的共代谢效应

为探究富营养化浅水湖泊所富集的有机物对湖泊碳循环和水质的影响,本研究构建微宇宙系统,模拟蓝藻和芦苇碎屑单独分解及混合分解过程.通过测定各组上覆水营养盐浓度、有机质含量及结构的变化,揭示富营养化湖泊藻草残体混合分解过程中养分和有机碳的释放特征.结果 表明,在实验0～88 h内,在添加相同的碳源条件下,蓝藻和芦苇混合处理组...     

巢湖形成演变与现代沉积作用

通过地质调查, 钻孔样品分析及历史资料对比, 得出:1.巢湖位于在中新生代形成的巢湖断陷盆地南部, 形成于更新世发育的河谷平原上, 由于全新世受气候及相应海平面变化和长江河道演变等三者共同影响而积水成湖。成湖历史大约2000年左右, 属河成型浅水湖。2.湖底沉积物平均中值粒径5-6ф, 并形成有三角洲沉积, 开阔湖沉积等五种沉积类型, 东、西、中三湖区的沉积物中分別为0.21, 0.37, 0.14cm/a, 全湖年淤积总量为93×l0⁴t/a。3.湖泊污染加重起始于70年代, 磷除来自外源外, 内负荷引起的释放量达220.56t/a, 这对巢湖富营养化亦有着重要的影响。     

贵州半边街锗锌矿床锗的富集特征及其地质意义

锗(Ge)属于战略性关键矿产资源, 是众多高新技术领域的重要原材料。Ge主要以共/伴生形式产出于Zn、Pb和Cu等热液贱金属矿床和煤矿床中, 目前全球Ge资源主要来源于铅锌矿的副产品。近期取得较大找矿突破的半边街锌矿床(7.70Mt矿石, Zn平均品位5.1%)伴生有超大型规模的金属Ge(>900t @110×10-6), 然而Ge超常富集的机制不清。本次研究利用LA-ICPMS对闪锌矿进行了微区原位微量元素组成和Mapping分析, 以揭示Ge等元素的富集特征、赋存状态和替代方式, 探讨Ge的富集机制。分析结果表明, 半边街矿床闪锌矿中高含量(平均值>100×10-6)微量元素有Fe、Pb、Ge和Cd等, 较高含量(平均值100×10-6~10×10-6)的有Mn、Ga、Sn和Tl, 以及较低含量(平均值< 10×10-6)的有Ag、Cu、In和Sb。相比于各类型铅锌矿床, 半边街闪锌矿Ge超常富集(274×10-6~1938×10-6, 平均为1055×10-6, 达到1000倍富集)。该矿床中Ge以类质同象或纳米颗粒形式赋存于闪锌矿中。微量元素摩尔量相关性图揭示Ge替代Zn的方式以Ge4++Pb2+↔3Zn2+为主, 其次为nGe4++Mn2+↔(2n+1)Zn2+和nGe4++2Tl3+↔(2n+3)Zn2+。综合分析认为, 半边街矿床Ge可能来源于相对富Ge的前寒纪基底; 富有机质的盆地流体在Ge的搬运中发挥重要作用; Ge、Cd等稀散元素的共生分异制约了Ge的最终超常富集。因此, 半边街矿床中Ge的超常富集是"源、运、聚"复杂过程多要素耦合作用的结果。     

湘江下游河床沉积物元素地球化学背景值估算

本研究对湘江下游河床沉积物进行了元素地球化学分析,在认识沉积物元素地球化学特征、甄别人为源与自然源重金属的基础上,估算了沉积物的元素地球化学背景值。结果表明:SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O等主量元素及V、Co、Cr、Ba、Sc、U、Sr、Ga、Ge、Rb、Nb、Y、REE等微量元素在沉积物中含量变化相对稳定(Cv<0.2),分布相对均匀,且富集不明显(EF<2.0,Sr明显亏损)。而MnO、MgO、CaO、Na2O、P2O5等主量元素,及Cd、Mn、Cu、Pb、Zn等重金属在沉积物中含量变化大(Cv>0.25),分布极不均匀,且沉积物中重金属明显富集(EF>2.0)。主成分及Pearson线性相关性分析显示,沉积物中不明显富集的微量元素主要赋存于难溶硅酸盐矿物相中,为自然源元素。而沉积物中显著富集的重金属主要赋存于铁—锰氧化物等矿物相中,为有人为源叠加的元素。故针对不同来源特征的元素用不同的方法进行了背景值计算,求得沉积物中47个元素的背景值。再利用元素比值等方法对所得背景值进行检验。结果表明,本文得到的湘江沉积物元素背景值合理,可用作流域沉积物重金属污染评价参考。